宋 揚(yáng)

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林綠化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

宋 揚(yáng)

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)園林綠化設(shè)計(jì)的意義、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助園林綠化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)及在園林綠化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及其關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合園林綠化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，分析了目前主流的建模軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，得出最適合園林綠化虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景創(chuàng)建的系統(tǒng)組合，并敘述園林綠化基本要素建模和虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景創(chuàng)建的流程。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；園林綠化設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；SketchUp；Lumion；SpeedTree

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在當(dāng)前園林綠化設(shè)計(jì)上的應(yīng)用缺失

如今，園林設(shè)計(jì)師繪制場(chǎng)景效果圖的過(guò)程基本分成兩種：一種是設(shè)計(jì)師繪制方案草圖或AutoCAD平立剖圖，接著綠化配置設(shè)計(jì)師完成AutoCAD的植物配置，然后交給建模師利用3DSMAX等軟件進(jìn)行建模，設(shè)計(jì)師對(duì)建好的模型提出修改意見(jiàn)，最后建模師根據(jù)意見(jiàn)完善模型并貼圖和渲染。另一種是設(shè)計(jì)師經(jīng)過(guò)草圖和cad分析后，在SketchUp上直接進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，接著后續(xù)的步驟和第一種都一樣。前者在效果圖繪制過(guò)程中，園林設(shè)計(jì)師并沒(méi)有太多的機(jī)會(huì)真正融入進(jìn)去。后者較前者要先進(jìn)些，有利用三維建模軟件真正輔助園林設(shè)計(jì)，融入效果圖繪制，雖然基于SketchUp與3DSMAX效果圖風(fēng)格上的區(qū)別，時(shí)常還要建模師重新出圖。值得注意的是，這兩種情況下繪制的效果圖常常和我們實(shí)際設(shè)計(jì)施工完成后呈現(xiàn)的效果大相徑庭。究其原因，是因?yàn)榫G化配置設(shè)計(jì)師在這兩種情況下始終未能真正融入效果圖繪制。園林綠化設(shè)計(jì)作為園林設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，卻始終游離在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之外，導(dǎo)致效果圖參考價(jià)值部分缺失。

目前在國(guó)內(nèi)，關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)和園林規(guī)劃設(shè)計(jì)的研究比較多，對(duì)于輔助園林綠化設(shè)計(jì)的研究還不是很多或是還不夠深入，加之方案設(shè)計(jì)、綠化配置和效果圖制作各有分工，效果圖中的植物配置與實(shí)際植物種植設(shè)計(jì)有時(shí)會(huì)風(fēng)馬牛不相及，導(dǎo)致景觀設(shè)計(jì)實(shí)地實(shí)施驗(yàn)收效果與委托方從效果圖得到的期望值不符，甚至由于缺乏虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助，植物配置與方案設(shè)計(jì)師乃至綠化配置設(shè)計(jì)師本人原來(lái)的想法相去甚遠(yuǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于園林綠化設(shè)計(jì)迫在眉睫，本文主要是研究計(jì)算機(jī)輔助園林綠化設(shè)計(jì)的快速高效的應(yīng)用方法。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林綠化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)園林綠化設(shè)計(jì)的意義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)園林綠化設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)具有重要意義，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互性、想象力、沉浸感和多感知性可以輔助優(yōu)化園林綠化方案設(shè)計(jì)和強(qiáng)化方案表現(xiàn)。在園林綠化設(shè)計(jì)階段運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)師的空間體驗(yàn)更具交互性和直觀性，給設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)方案創(chuàng)作的新途徑，使方案設(shè)計(jì)更趨合理和完美。在方案的表現(xiàn)上，委托方可以多角度、更接近真實(shí)、互動(dòng)地來(lái)理解和感受設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖，達(dá)到身臨其境的感覺(jué)。更進(jìn)一步，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬園林綠化施工現(xiàn)場(chǎng)，有利于合理安排施工進(jìn)度、科學(xué)指導(dǎo)施工過(guò)程、全局控制施工場(chǎng)地，最大限度節(jié)約成本等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助園林綠化設(shè)計(jì)，可更好地幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，可以與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，以多維全景、實(shí)時(shí)互動(dòng)的方式展示方案，有效地實(shí)現(xiàn)公眾參與，有效地節(jié)約展示和溝通的成本，輔助園林綠化設(shè)計(jì)的教學(xué)乃至園林綠化施工，有很大的發(fā)展前途。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林綠化設(shè)計(jì)中運(yùn)用的技術(shù)可行性

2.2.1 具備面向設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái) 園林綠化設(shè)計(jì)師不能花費(fèi)很多的精力把時(shí)間過(guò)多地用在建模上，軟件的建模方式要適合輔助設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意構(gòu)思。SketchUp區(qū)別于以往的三維建模軟件，它是完全為設(shè)計(jì)師的創(chuàng)作過(guò)程而開(kāi)發(fā)的，它雖然不是虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，但滲透了虛擬現(xiàn)實(shí)的開(kāi)發(fā)理念。Lumion是一款面向設(shè)計(jì)師，面向設(shè)計(jì)過(guò)程的軟件，園林綠化設(shè)計(jì)師完全可以在軟件上直接進(jìn)行綠化方案設(shè)計(jì)，軟件平臺(tái)完全可以跟得上設(shè)計(jì)師的思路。

2.2.2 具備完美對(duì)接方案設(shè)計(jì)軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái) 園林綠化設(shè)計(jì)在工作程序上是繼方案設(shè)計(jì)之后，故而選用的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)需要與目前園林設(shè)計(jì)師建模的最佳選擇 SketchUp完美對(duì)接。目前，許多虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)都能與3DSMAX、CINEMA4D對(duì)接，但卻很難與SketchUp完美對(duì)接，或是需要多次轉(zhuǎn)換才能勉強(qiáng)與SketchUp對(duì)接。幸而許多廠商開(kāi)始意識(shí)到SketchUp的行業(yè)地位，紛紛開(kāi)始將自己的產(chǎn)品與SketchUp對(duì)接，從而出現(xiàn)了Lumion、iClone和炫影烘焙巨匠等都能與SketchUp無(wú)縫對(duì)接虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)。尤其是Lumion不僅能與SketchUp無(wú)縫對(duì)接，而且繼承了Quest3D的強(qiáng)大功能，操作界面異常簡(jiǎn)潔，做到了“所見(jiàn)即所得”。

2.2.3 具備豐富的可擴(kuò)充的植物種類(lèi)庫(kù)的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái) 植物設(shè)計(jì)作為園林場(chǎng)景的重要組成部分，設(shè)計(jì)過(guò)程一直沒(méi)能使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)助力，主要是因?yàn)槊靠弥参锏谋旧砭陀谐汕先f(wàn)片樹(shù)葉，做成三維模型后形成的面數(shù)可能會(huì)達(dá)到百萬(wàn)的數(shù)量級(jí)，而一個(gè)園林場(chǎng)景通常會(huì)有幾十棵、上百棵甚至上千棵樹(shù)，這對(duì)于一般的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)負(fù)擔(dān)是很重的。園林綠化設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)，植物建模就必須根據(jù)場(chǎng)景需要，采取不同的建模和表達(dá)方式。

SkctchUp為植物建模提供了三維表達(dá)和二維樹(shù)木三維表達(dá)兩大方式。Lumion自帶的樹(shù)庫(kù)模型來(lái)自SpeedTree，SpeedTree是一款專(zhuān)門(mén)的三維樹(shù)木建模軟件，帶有強(qiáng)大的樹(shù)木庫(kù)，基本包括了世界各個(gè)地區(qū)的典型喬木、灌木和花草。設(shè)計(jì)師還可以利用 SpeedTree創(chuàng)建所需的植物模型，將樹(shù)葉插入軟件中，根據(jù)樹(shù)形創(chuàng)建需要的三維樹(shù)木，建模速度快，效果逼真，且可加載風(fēng)力，形成隨風(fēng)擺動(dòng)的動(dòng)態(tài)效果。把 SpeedTree所建模型導(dǎo)入Lumion，就進(jìn)一步豐富Lumion的植物庫(kù)，實(shí)現(xiàn)植物種類(lèi)庫(kù)的可擴(kuò)充。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林綠化設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)方法

3.1 軟硬件要求

3.1.1 硬件要求 SketchUp硬件要求較低，Lumion的最低配置為硬件要求基于2GB以上內(nèi)存，Windows XP、Vista或者Windows7 32位或64位操作系統(tǒng)（3.0開(kāi)始的Lumion軟件已經(jīng)不支持32位系統(tǒng)），NVidia GeForce 8800或相近ATI、AMD顯卡（Lumion是在NVIDIA GTX 260顯卡的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，NVIDIA是通過(guò)Lumion測(cè)試的最佳品牌），同時(shí)配備最低512MB顯存。SpeedTree硬件要求基于Intel奔騰4，2GHz以上（或同主頻兼容CPU），512MB以上的內(nèi)存，Windows2000/XP/VISTA（不支持98和me）的操作系統(tǒng)，1.5 G空間以上的硬盤(pán)，64MB顯存以上，兼容Directx 8.1的顯卡，4倍速CD-ROM以上的光驅(qū)。

3.1.2 軟件要求 創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景使用Lumion；植物建模表達(dá)使用SpeedTree；如若前期設(shè)計(jì)方案建模軟件使用SketchUp，植物配置可使用 SketchUp＋Lumion，不過(guò)建議植物配置只使用 Lumion，操作方便且效果更好。雖然Lumion幾乎支持當(dāng)下流行的所有3D模型格式，但SketchUp由于面向設(shè)計(jì)的操作界面成為設(shè)計(jì)師首選，故而筆者提出的快速高效的植物配置方法將基于SketchUp的平臺(tái)。

3.2 基本流程

3.2.1 把 SketchUp建立的三維場(chǎng)景導(dǎo)入到 Lumion首先按照設(shè)計(jì)方案制作出SketchUp的模型，并賦上相應(yīng)的材質(zhì)貼圖然后導(dǎo)出DAE格式的文件，再根據(jù)需要在 Lumion中選擇一個(gè)合適模型作為基準(zhǔn)場(chǎng)景，接著導(dǎo)入從SketchUp導(dǎo)出的模型到場(chǎng)景中，接著編輯模型材質(zhì)，設(shè)置場(chǎng)景環(huán)境，并及時(shí)保存場(chǎng)景。

圖1 創(chuàng)建場(chǎng)景Figure 1 Sketch up

創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景時(shí)應(yīng)做到下面幾點(diǎn)：

（1）對(duì)SketchUp支持最好的格式DAE格式，導(dǎo)出的設(shè)置路徑和 DAE格式文件名都需要用英文字母命名，否則模型貼圖會(huì)丟失。

（2）SketchUp模型在建模中必須保證與原點(diǎn)距離很近，Lumion模型定位是根據(jù)SketchUp與其坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，否則導(dǎo)入DAE文件時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在Lumion場(chǎng)景中找不到或操作不便。

（3）SketchUp文件導(dǎo)出為DAE，導(dǎo)出選項(xiàng)必選三項(xiàng)：全部平面分為三角形、保留組件層次結(jié)構(gòu)和導(dǎo)出紋理地圖。

（4）SketchUp文件導(dǎo)出為DAE格式時(shí)，模型中有過(guò)多反面無(wú)法調(diào)整，或是簡(jiǎn)模，導(dǎo)出模型時(shí)都需要勾選導(dǎo)出雙面材質(zhì)選項(xiàng)，但由于這可使反面在Lumion中正常顯示故而會(huì)讓導(dǎo)出模型數(shù)量增加一倍，建議在SketchUp中先檢查模型是否存在反面，將反面先行翻轉(zhuǎn).

（5）DAE模型如發(fā)現(xiàn)地面部分不停閃爍，是由于導(dǎo)入的模型地面與Lumion地面太近的緣故，只需將模型向上移動(dòng)一小段距離。

（6）SketchUp文件由于材質(zhì)或者模型量過(guò)大，在導(dǎo)出DAE文件并導(dǎo)入到Lumion時(shí)遇到內(nèi)存溢出無(wú)法導(dǎo)入的現(xiàn)象，這時(shí)就需要將模型拆分為多部分導(dǎo)出，然后分別導(dǎo)入Lumion。為了讓分開(kāi)的模型在Lumion中方便的對(duì)接，這里有個(gè)便捷的技巧，就是利用SketchUp的保存鏡頭創(chuàng)建場(chǎng)景（即SketchUp 6之前的頁(yè)面），讓每個(gè)場(chǎng)景只顯示一個(gè)組，其他組隱藏，需要多少個(gè)DAE文件就設(shè)置多少場(chǎng)景，一組一場(chǎng)景，一場(chǎng)景一DAE。

3.2.2 虛擬場(chǎng)景中植物和水體、地形等種植設(shè)計(jì)相關(guān)要素的添加

3.2.2.1 植物 綠化配置最重要的就是植物，Lumion自帶豐富的動(dòng)態(tài)植物庫(kù)，這些植物來(lái)源于 SpeedTree，品種豐富，造型逼真，隨風(fēng)擺動(dòng)。這些植物的添加只需要在組件面板中選取想要的樹(shù)種后輕擊鼠標(biāo)左鍵在需要種植的位置直接添加，就可直接看到種植效果，所見(jiàn)即所得，植物的成組種植和種植群落效果立刻見(jiàn)分曉。大量添加樹(shù)木也只需配合Ctrl鍵輕點(diǎn)鼠標(biāo)左鍵，十分快捷。背景樹(shù)只需框選大量的樹(shù)，在組件面板的高級(jí)菜單中的隨機(jī)參數(shù)下調(diào)整角度和大小的數(shù)值，就可以保證樹(shù)木的大小和角度隨機(jī)。另外，SketchUp的三維植物模型也可以導(dǎo)入Lumion。我們還可以直觀地在Lumion的水下世界做水生植物的配置，觀察到我們挺水植物、浮水植物、沉水植物與魚(yú)蝦悠然和諧的水下世界。

3.2.2.2 地形 作為與種植設(shè)計(jì)相適應(yīng)的重要要素，Lumion提供了三種地形制作方式。第一種：通過(guò)地形面板中的工具直接擠壓地面形成高低錯(cuò)落的地形；第二種：導(dǎo)入已經(jīng)創(chuàng)建好的地形實(shí)體模型，為模型賦予材質(zhì)；第三種是導(dǎo)入黑白地形圖來(lái)直接生成地形。

3.2.2.3 水體 植物種植常常會(huì)與水環(huán)境相關(guān)，Lumion有兩種水體做法，一種通過(guò)放置水體工具創(chuàng)建邊界為正方形和長(zhǎng)方形的平面水體。另一種是對(duì)導(dǎo)入模型賦予水的材質(zhì)，相比于前一種具有靈活控制水的邊緣形狀和水體反射的優(yōu)勢(shì)。Lumion的瀑布材質(zhì)還可供做跌水和瀑布。

3.2.2.4 光 夜間，植物的種植效果就需要燈光的匹配，在素材組件庫(kù)選擇燈光與特殊項(xiàng)目就可選擇燈光類(lèi)型，照射較高植物的射燈和現(xiàn)實(shí)中一樣是由下往上投射的，燈光顏色也可調(diào)節(jié)成與植物本身相似的顏色，營(yíng)造絢麗的夜間氣氛也顯得植物生機(jī)勃勃，夜間的植物效果也一并速覽。

圖2 添加要素Figure 2 Addition of elements

3.2.3 在SpeedTree創(chuàng)建需要的三維樹(shù)木 美國(guó)IDV公司研發(fā)制作的SpeedTree是一款專(zhuān)門(mén)的三維樹(shù)木建模軟件，支持大片的樹(shù)木的快速建立和渲染，其本身還帶有豐富的樹(shù)木庫(kù)。樹(shù)木庫(kù)可通過(guò)插件導(dǎo)入到其他的三維建模軟件中使用，也可為游戲、電影與電視行業(yè)提供強(qiáng)大的樹(shù)庫(kù)支持。

植物來(lái)源于 SpeedTree的意義不僅在于造型和動(dòng)感，更大的潛力是基于實(shí)時(shí)幾何體建模技術(shù)的樹(shù)葉制作，植物配置設(shè)計(jì)師可以從SpeedTree中直接制作和導(dǎo)入更多的植物進(jìn)行使用，也可進(jìn)一步豐富Lumion植物庫(kù)。創(chuàng)建植物可使用Photoshop、繪圖板或鼠標(biāo)直接在窗口中繪制出樹(shù)枝的結(jié)構(gòu)；可截?cái)嗷蚪由蠘?shù)枝，折斷的面將自然的被面覆蓋起來(lái)，無(wú)多余的光線(xiàn)接縫或分支交叉；可使用外力來(lái)卷曲、轉(zhuǎn)動(dòng)樹(shù)瘤或樹(shù)木的任一部分；可用不會(huì)影響樹(shù)木的其他部分的節(jié)點(diǎn)編輯方法調(diào)整或刪除任何樹(shù)支、樹(shù)叢或葉子；讓樹(shù)木朝著周遭或向內(nèi)生長(zhǎng)；可以不影響你的模型形狀而快速縮放面數(shù)的細(xì)節(jié)；可實(shí)時(shí)測(cè)試樹(shù)木與物理作用如風(fēng)的互動(dòng)；可直接從Modeler輸出大量樹(shù)木栽種的位置（此功能不包含在SpeedTree Studio以及SpeedTree Architect中）。SpeedTree Cinema 7包含了更人性化的工具，能夠使用一個(gè)控制滑條來(lái)按照四季變化轉(zhuǎn)換模型的顏色跟樹(shù)葉，創(chuàng)建各種形態(tài)的結(jié)構(gòu)變化或中間樹(shù)葉的過(guò)渡形態(tài)，最終渲染出更多的隨機(jī)效果，允許你去做植物或者樹(shù)木的生長(zhǎng)動(dòng)畫(huà)。SpeedTree做好的SPM格式組件導(dǎo)出為DAE文件就可引入到Lumion植物庫(kù)。

圖3 創(chuàng)建樹(shù)木Figure 3 Sketch up trees

3.2.4 輸出文件 Lumion在導(dǎo)出動(dòng)畫(huà)時(shí)有許多視頻濾鏡，可以有簡(jiǎn)單行走動(dòng)畫(huà)、剖面動(dòng)畫(huà)、高級(jí)位移動(dòng)畫(huà)、天空掉落動(dòng)畫(huà)、景深動(dòng)畫(huà)、雨雪動(dòng)畫(huà)和季節(jié)變化多種動(dòng)畫(huà)。這些濾鏡效果還都可以通過(guò)靜幀出圖導(dǎo)出為圖片，形成豐富的圖片效果。

4 結(jié)語(yǔ)

SketchUp、Lumion、SpeedTree讓我們利用現(xiàn)有的軟硬件設(shè)備已經(jīng)制作出一些園林景觀設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)作品。然而我們發(fā)現(xiàn)，雖然Lumion建立了完美對(duì)接方案設(shè)計(jì)軟件的面向設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，SpeedTree提供了可以被Lumion使用的豐富的喬木、灌木、草本和其他性質(zhì)模型，加之SpeedTree提供了可適應(yīng)植物種植設(shè)計(jì)中植物新品種開(kāi)發(fā)的基本無(wú)障礙解決方式；園林景觀設(shè)計(jì)中植物配置這個(gè)占很大比例的特殊性工作，卻在實(shí)際設(shè)計(jì)中并未用到以上虛擬現(xiàn)實(shí)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)更科學(xué)的設(shè)計(jì)，而是依然以 CAD、Photoshop平立剖的陳舊方式來(lái)工作。相信在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的今天，只要廣大園林景觀設(shè)計(jì)者的積極更新觀念和技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林綠化設(shè)計(jì)上的應(yīng)用必將普及。

[1]李國(guó)松，楊柳青. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在風(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究——幾種常見(jiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用評(píng)價(jià)分析[J]. 中國(guó)園林，2008（2）：32-36

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Landscaping Design with Virtual Reality Technique

SONG Yang
（Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology, Hangzhou 311231, China）

Analysis were made on landscape design with virtual reality techniques by modeling software and virtual reality platform. Procedure of virtual reality was described with basic factors for modeling landscape design.

virtual reality; landscaping design; computer aided design; SkctchUp; Lumion; SpeedTree

S731

C

1001-3776（2015）04-0092-05

2015-0312；

：2015-06-15

2014年度高校國(guó)內(nèi)訪問(wèn)工程師校企合作項(xiàng)目“綠色節(jié)能鄉(xiāng)村塘河溝渠生態(tài)景觀設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究與試點(diǎn)”（FG2014191）；2014年度浙江省水利廳科技計(jì)劃項(xiàng)目“美麗鄉(xiāng)村背景下鄉(xiāng)村塘河溝渠生態(tài)景觀設(shè)計(jì)與技術(shù)研究”（2013044）；2015年度高等教育課堂教學(xué)改革項(xiàng)目“立體化教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)的《園林綠化設(shè)計(jì)》課堂教學(xué)改革研究與實(shí)踐”（KG2015966）

宋揚(yáng)（1983-），女，浙江杭州人，講師，碩士，從事園林景觀設(shè)計(jì)與教學(xué)。